皮带式输送机毕业设计论文最终版Word格式文档下载.docx
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摘要
皮带式输送机是连续运动的无端输送带输送货物的机械。
它
结构简单、造价低、运输距离长。
主要用于冶金、采矿、煤炭、电站以及工业企业。
随着现代工业科学技术的不断发展，皮带式输送机在工业生产中重要性越来越大。
本文的主要任务是针对易顺煤矿主斜井的实际工况，设计出一套
符合要求的上运皮带式输送机系统。
皮带式输送机的机械设计程序分两步，第一步是初步设计，主要是通过理论上的计算选出合适的输送机部件。
其中包括输送带的类型和带宽选择、皮带式输送机线路初步设计、托滚及其间距的选择、滚筒的选择、电动机、减速器的选择等；
第二步是施工设计，主要根据初步设计选定的滚筒、托滚、驱动装置完成对已选部件的安装与布置图纸设计工作。
最后，通过可编程控制器（PLC）对电器进行控制。
关键词：
皮带式输送机；
上运；
可编程控制器
VII
摘要VI
目录.
1.绪论1
1.1本课题研究的目的和意义1
1.2本课题研究的内容2
1.3国内外研究情况及其发展3
1.3.1国外皮带式输送机技术的现状3
1.3.2国内皮带式输送机技术的现状5
1.4电控系统介绍6
1.4.1PLC的组成6
1.4.2PLC的指令系统7
1.4.3PLC的性能指标9
1.4.4PLC的主要特性1.1
1.5长距离皮带式输送机合理的驱动装置12
1.6皮带式输送机的发展趋势13
2.上运皮带式输送机设计18
2.1设计题目原始参数18
2.2输送带选型计算18
2.2.1输送带运行速度选择20
2.2.2带宽的确定21
2.2.3输送带种类的选择22
2.3输送线路初步设计23
2.4托辗的选择计算24
2.4.1托辑类型及其作用24
2.4.2托辑参数确定27
2.4.3托根间距的确定27
2.4.4托辐阻力系数28
2.5皮带式输送机线路阻力计算29
2.5.1基本参数计算29
2.5.2线路阻力计算32
2.6输送带张力的计算33
2.6.1按功率比为2：
1计算张力33
2.6.2按功率比为1：
1计算张力36
2.6.3按功率比为1：
2计算张力37
2.7输送带强度验算37
2.8牵引力及电机功率计算38
2.8.1牵引力及电机功率计算38
2.8.2电动机选型39
2.9驱动装置及布置40
2.9.1滚筒的选择40
2.9.2减速器的选型与热容量校核44
2.9.3联轴器的选型45
2.10拉紧力、拉紧行程的计算及拉紧装置的选择46
2.10.1拉紧力的计算46
2.10.2拉紧行程的计算46
2.10.3拉紧装置的选择与布置47
2.11制动力矩的计算及制动器的选择50
2.11.1制动力矩计算50
2.12逆止器的选型计算51
2.13辅助装置52
2.13.1清扫装置52
2.13.2装载装置53
3.皮带式输送机电控系统设计54
3.1电控系统设计基本要求54
3.2电控系统常用保护55
3.3变频器在软启动中的应用56
3.3.1皮带式输送机软启动的类型56
3.3.2变频技术介绍57
3.3.3变频器主要技术参数58
3.3.4变频器主要优点59
3.3.5变频器选型60
3.4系统工作原理60
3.4.1自动工作方式60
3.4.2手动工作方式63
3.4.3手动调试方式66
3.5信号与报警66
3.6故障解除与其它66
4.结论67
参考文献68
致谢70
1.绪论
皮带式输送机是以胶带、钢带、钢纤维带、塑料带作为传送物料和牵引工作的输送机械，是输送能力最大的连续输送机械之一。
其结构简单、运行平稳、运转可靠、能耗低、对环境污染小、便于集中控制和实现自动化、管理维护方便，在连续装载条件下可实现连续运输。
它是运输成件货物与散状物料的理想工具，因此被广泛用于电力、冶金、煤炭、化工、矿山、港口等各行业。
1.1本课题研究的目的和意义
结构简单、造价低、运输距离长，而且有很高的生产率。
主要用于冶金、采矿、煤炭、电站、港口以及工业企业。
随着现代工
业科学技术的不断发展，皮带式输送机在工业生产中重要性越来越大，是工业机械化的重要内容。
皮带式输送机是最重要的现代散状物料输送设备，它广泛应用于电力、冶金、化工、煤矿、港口、建材、粮食等领域。
因此，对皮带式输送机进行设计十分必要
由于组成皮带式输送机的基本部件有几十种，每种又包括若干类型，加之不同的地形、工况、布置形式又有多种变化，使得皮带式输送机的设计任务相当繁重，尤其部件的选型涉及较多的知识、经验与规则。
随着国内外市场的迅速发展，皮带式输送机市场的竞争也日趋激烈。
为了适应用户要求，必须向新产品、多品种方向发展，因此，以往的设计方法已经不能满足当前的需要，采用现代化的设计方法和CA限术，增强竞争能力。
并在课题的研究中将对皮带式输送机的基本设计思想进行较深入的研究，应
用现代的设计计算方法对皮带式输送机的设计理论进行分析，相
信通过本课题的研究，必定会对皮带式输送机的设计提出新的理念，进一步完善设计结果。
1.2本课题研究的内容
首先了解皮带式输送机的基本知识（包括其主要设备工作方式工作原理等）。
然后根据使用场合和给定的原始参数，对各种工况进行分析计算，设计系统方案（运输机布置形式，驱动方式，输送带的选型，拉紧装置的设计，清扫装置的设计等），设计出合适的驱动系统和控制系统。
设计出各个系统之后，还要进行动态特性的研究，以确保在输送机启动时，系统的动安全系数大于预先设定的数值，所设计的系统仍能符合要求的正常运行。
1.3国内外研究情况及其发展
1.3.1国外皮带式输送机技术的现状
国外皮带式输送机技术的发展很快，其主要表现在2个方面:
一
方面是皮带式输送机的功能多元化、应用范围扩大化，如高倾角皮带式输送机、管状皮带式输送机、空间转弯皮带式输送机等各种机型；
另一方面是皮带式输送机本身的技术与装备有了巨大的发展，尤其是长距离、大运量、高带速等大型皮带式输送机已成为发展的主要方向，其核心技术是开发应用了皮带式输送机动态分析与监控技术，提高了皮带式输送机的运行性能和可靠性。
国外己经使用或己经进行设计的几条典型长距离皮带式输送机输送线：
（1）西班牙的西撒哈拉皮带式输送机线路是世界最长的长距离输送机线路，该线路长达100kmi用两年半时间建成，并于1972年投入使用，用来将位于石质高原地区的布・克拉露天矿的磷灰石矿石运往艾尔一阿雍海港。
总投资额为两亿马克。
预计该线路能达行30年，年平均运输量为1000万吨磷灰石矿石（2000t/h）。
整条线路由长为6.9〜11.8km的11台皮带式输送机组成。
带宽为1000mmi采用ST3150型钢丝绳芯胶带，带速为4.5m/s[18]。
（2）恰那矿20km地面皮带式输送机系统是代表了现代皮带式输送机发展水平的一条输送线。
该输送系统由一条长为10.3km的平面转弯皮带式输送机和一条10.1km的直线长距离皮带式输送机构成。
转弯皮带式输送机的曲率半径为9km弧长为4km
两条输送机除线路参数外，其他参数相同，运输能力为2200t/h,带宽1050mm输送带抗拉强度为3000N/mm安全系数为5,拉紧装置为重锤拉紧。
允许行程为25m驱动采用3台700KW直流电动机，双滚筒驱动。
系统采用了先进的托辑制造和安装技术、水平转弯技术和动态分析技术如。
（3）津巴布韦钢铁公司（ZISCO15.6km水平转弯越野皮带式输送机于1996年投入使用，是世界上单机最长的皮带式输送机。
该输送机将ZISCO的NewRippleCreek矿的经过二次破碎的铁矿石运送到Zimbabwe的炼钢厂附近。
输送量为干矿石500t/h（湿矿石600t/h）。
系统全长15.6km,物料提升高度为90ml近年来，我国在大型皮带式输送机的设计、制造上也有了
长足的进步。
从20世纪60年代末我国己经生产200余条钢丝绳芯皮带式输送机，在煤矿、磷矿、铁矿和港口使用。
其中单机长度达7602m的大型皮带式输送机已投入使用。
目前，包括总长10km的输送线等多条长距离皮带式输送机系统正在设计或计划中［12］。
1.3.2国内皮带式输送机技术的现状
我国生产制造的皮带式输送机的品种、类型较多。
在“八五”期间，通过国家一条龙”日产万吨综采设备”项目的实施，皮带式输送机的技术水平有了很大提高，煤矿井下用大功率、长距离皮带式输送机的关键技术研究和新产吕开发都取得了很大的进步。
如大倾角长距离皮带式输送机成套设备、高产高效工作面顺梢可伸缩皮带式输送机等均填补了国内空白，并对皮带式输送机
的减低关键技术及其主要元部件进行了理论研究和产品开发，研
制成功了多种软起动和制动装置以及以PLC为核心的可编程电
控装置，驱动系统采用调速型液力偶合器和行星齿轮减速器［8］。
1.4电控系统介绍
电控装置控制核心采用可编程控制器，它能自动对输送机的可控起动、可控制动、带速同步、功率平衡、输送带张力、输送带接头强度、传动滚筒与托辐轴承温度、输送量计量及各类保护与安全装置等进行监控。
下面着重对可编程控制器（PL。
进行介绍。
1.4.1PLC的组成
PLC是可编程控制器（Programmablelogicalcontroller）缩写，与20世纪70年代诞生于美国，是计算机与继电器接触控制技术相结合的产物。
PLCM有逻辑控制、定时、计数等功能，并取代了继电器-接触器控制，采用了计算机存储程序和顺序执行的原理，也是靠存储程序、执行指令进行信息处理，实现输入到输出的变换。
PLC编程语言采用直观的类似继电器-接触器控制电路图的梯形语言，它的目的是用以控制各种类型机械或生产过程。
所以从实质讲PLC是一台工业环境应用的满足实时控制要求的专用计算机。
与普通计算机所不同的主要是：
（1）没有键盘，代之为一个个输出电路，并用其获取控制命令或现场信号。
同时，此输入电路具有滤波能力，与内部电路是电隔离的，但可通过光耦合建立联系；
（2）没有显示器，代之为一个个输出电路，并用其产生控制输出。
由于此电路具有驱动功能，故可以驱动一般的工业控制元器件，如电磁阀、接触器等。
同时，此电路与内部电路也是电隔离的，用光或磁偶合建立联系。
（3）没有有硬盘，只有内存。
但可配备存储卡，为程序与数据建立备份；
（4）配置有外设或通信接口，可用以编程或下载程序、监控及联网通信；
（5）结构为模块化，体积小，安装方便，比较坚固，具有很强的抗干扰、抗冲击、抗震动特性。
1.4.2PLC的指令系统
按结构特点分可分为箱体式的PLC和模块式PLG箱体式的PLC把电源、CPU内存、I/O系统都集成在一个小箱体内，一个主机箱就是一台完整的PLC就可以实现控制。
微型机、小型机多为箱体式。
模块式PLC是由不同功能的模块组成，包括CPUH
块、输入输出模块、电源模块、通信模块、机架等。
超大、大型
机多采用模块式。
PLC有丰富的指令系统，有各种各样的I/O接口、通信接口,
有大容量的可靠的操作系统，因而具有丰富的功能，如：
（1）信号采集功能：
可采用开关信号、模拟信号及脉冲信号。
（2）输出控制功能：
可控制输出开关信号、模拟信号及脉冲
（脉冲链或脉宽可调制的脉冲）信号。
（3）逻辑处理功能：
可进行各种位、字节、字、双字逻辑运
算
（4）数据运算功能：
可进行各种字、双字整数运算，有的还可以进行浮点运算。
（5）定时功能：
可进行延时或定时控制，时间可精确到毫秒。
有的还有内置实时时钟。
（6）计数功能：
可进行计数，高速计数频率可高达几百赫兹。
（7）中断处理功能：
可实现种种内外中断，以提高对输入的响应速度与精度。
（8）程序与数据存储功能：
可存储系统设定、程序及数据，并可保证这些数据在掉电时不丢失。
除此外，还有联网通信、自检测、自诊断等功能。
可见，丰
富的功能使PLC得到广泛应用，也为工业系统的自动化、远程化、信息化及智能化创造了条件。
1.4.3PLC的性能指标
衡量PLC的性能的指标有两种：
一般指标与特定指标。
一般指标规定一些PLC的使用条件。
如PLC的保存与使用温度、湿度、大气气氛，耐电压及绝缘指标，抗干扰指标，抗机械振动、冲击指标等。
特定指标规定一些具体型号PLC的具体性能。
如某型CPUH块。
则要指出它的工作方式。
指令条数、类型、执行一条指令的时间，可处理的输入、输出点数，内部器件的类型、数量，工作电源类型、电压允许的波动范围等。
从整体看可分为以下几方面：
（1）工作速度
PLC的指令不同，执行的时间也不同，但大体都有相同的指
令，所以用执行一条基本指令的时间来体现这个速度。
PLC的工作速度高在允许的扫描周期内，可增加运行指令的条数，提高处理数据的能力。
（2）控制规模
控制规模体现了控制能力，是对PLCM它性能指标起着制约作用的指标；
是高低档PLC主要区别，也是PLC划分为微、小、中、大和特大型机的唯一依据。
控制规模与多方面因素有关，如工作速度，内存区的大小，输入输出电路的数量以及PLC指令系统都是影响控制规模的因素。
（3）组成模块
组成PLC的模块是PLC勺硬件基础，反映了PLC的控制能力。
模块的类型越多，规格越齐全，功能性越强，性能越好，PLC越容易配置成各式各样的系统以满足各种不同的需要。
（4）内存容量
PLC内存有系统用内存与用户内存，系统内存要存储监控程序，提供内部器件及参数的设定；
用户内存用于存储用户程序。
内存越大，内部器件种类越多，数量越多，越便于PLC的进行各种控制与数据处理。
可见，常用内部器件种类机器数量与可能提供的用户程序容量代表PLC内存的大小。
（5）指令系统
具有多少指令，各条指令又有什么功能，是了解与使用PLC的重要方面。
PLC的指令越多，功能也越来越强大。
除了以上是主要的衡量PLC的指标，PLC编程支持软件、为保证PLC正常工作采取的可靠措施以、PLC的联网能力和经济指标都可以作为衡量PLC性能的指标。
1.4.4PLC的主要特性
与其他控制器相比，PLC在工业生产中得到了广泛应用，主要因为PLC具有以下主要特性：
（l）具有高可靠性。
所有输入输出电路均采用光电隔离；
各FO端子除了采用常规模拟量滤波外，还有数字滤波；
内部采用电磁屏蔽，防止辐射干扰；
每次扫描都对程序进行检查和校验，一旦程序出错立即报警并停止运行。
（2）编程方便，易于使用。
PLC采用与实际电路接线图非常接近的梯形图，易懂易编，编程工作集中到了设计思想的本身而不是如何实现设计思想。
从硬件方面说，使用可编程控制器，无论是接线、配置都及其方便。
（3）环境要求低，适用于恶劣的工业环境，且不需要特殊维
（4）与其它装置配置连接方便。
PLC的接口原则是使用外部接线，电平转换尽量少。
对于开关量，输入可以是无源触点开关或集电极晶体管输出；
输出有继电器、可控硅、晶体管等不同的形式。
对于模拟量，只要模拟量信号电平在一定的范围内（士10
或4-20MA）,就可以按要求直接接入。
对于数据通信，只需要RS23减RS422接口即可。
1.5长距离皮带式输送机合理的驱动装置
从输送带强度对功率的影响，考虑降低初期投资及提高输送机运行的可靠性，长运距皮带式输送机的驱动宜采用中间驱动的方式,其最大优点是可有效降低输送带的张力，使输送机的输送
长度理论上不受输送带张力的影响而无限延长，同时,采用中间
驱动还可以使巨大的总功率分解成多个较小的单元驱动功率，便
于实现输送机主要驱动原部件的标准化、系列化和通用化。
中间驱动有两种形式，即卸载式中间驱动和摩擦式中间驱动，由经济性和操作性比较优劣，建议采用卸载式中间驱动方式。
驱动装置由电动机、减速器、液力凋速装置、制动器等元部件组成，为使
电动机、减速器、调速型液力偶合器等的连接基本处于水平，可
以考虑该连接与底座采用浮动支撑的连接形式，达到对中性好、调整容易、拆装方便的效果。
1.6皮带式输送机的发展趋势
随着煤矿现代化的发展和需要，我国对大倾角固定皮带式输送机，高效高产工作面顺梢可伸缩皮带式输送机及长运距，大运
量皮带式输送机及其关键技术，关键零部件进行了理论研究和产品开发，应用动态分析技术与智能化控制技术，研制成功了软启动和制动装置以及PLC控制为核心的电控装置，并且井下大功率防爆变频器也已经进入研发，试制阶段。
随着高效高产矿井的发展，皮带式输送机各项技术指标有了很大的发展。
主要表现在以下几个方面：
（1）提高煤矿井下皮带式输送机关键零部件的性能和安全可靠性；
设备开机率的高低主要取决于运输零部件的性能和可靠性。
提高零部件的性能和可靠性可以大大提高设备开机率。
（2）提高运输能力，适应高产高效集约化生产的需要；
长
运距、高速度、大运量、大功率、集中控制是皮带式输送机今后发展的必然趋势。
（3）控制自动化水平要提高；
（4）一机多用，扩大功能；
皮带式输送机是一种理想的连续运输设备，但是不能充分发挥起能力，浪费了资源，如果将皮带式输送机结构做适当修改，并且采取一定安全措施，就可以拓展起工作领域，是起发挥更大的经济效益。
通过上述分析，可以预见，未来新机型应该具有以下特征：
（1）大运量、高速度。
即意味着高生产率，减少单位时间生产成本。
（2）长使用寿命。
胶带与托辐的磨损是限制输送机寿命的主要原因，减少胶带与托辐之间的摩擦系数，增加胶带的耐磨性，提高托辐的性能，可以较大程度地提高输送机的使用寿命。
（3）低生产成本。
在普通胶带输送机中，托辑制造的费用占整个胶带运输机的17%-25%且运动部件过多，维修费用昂贵，采用无托辑支承或非接触支承是降低胶带输送机成本的最有效方法。
（4）低能源消耗。
胶皮带式输送机的能源80%fc右都消耗在摩擦损失上，降低摩擦损耗的最有效方法是采用非接触带输式送
机（如水垫式胶带运输机），它所需的电机功率仅为普通胶带输送机的20%
（5）智能化。
未来机型应与电脑密切联系，适合程序控制、智能操作、物料装卸、机器安装与维护都应能实现智能化管理。
可以预见，胶带输送机的发展趋势是从接触式胶带输送机向非接触的胶带输送机发展，最终发展趋势是采用最原始的胶带输送机的结构，即采用带子在梢内滑动。
胶带非接触支承节省大量的金属，大大减少了胶带运动阻力和能耗，维修也简便。
随着新型材料的出现，特别是近几年出现的纳米材料，有理由相信胶带与滑梢之间的摩擦系数和带子的耐磨性可以得到很大的改观。
而胶
带在滑梢内滑动的结构最简单，运动部件最少，这样它更适合智能化管理，同时生产成本也大大降低。
在给定条件下，皮带式输送机选型设计计算合理与否关系到能否高效、安全、可靠地完成生产任务。
一般说来，皮带式输送机的选型设计有两种方法：
一种是成套供应的设备（或已有设备）的计算，对于这一类运输机的设计计算无需进行参数和部件的选择，一般只需核算生产能力、电动机功率和输送带强度等是否满足有关规定的要求；
另一种是对通用设备（如TD75DTII系列
通用固定皮带式输送机和DX系列钢丝绳芯带时输送机等）的选
型计算，需要通过计算选择各组成部件（如：
输送带、滚筒、托辐、驱动装置……），最后组合成使用于具体条件下的皮带式输送机。
该设计主要进行的是后一种设计。
皮带式输送机的设计程序大体分两步，第一步是初步设计，主要是通过理论上的计算选出合适的输送机部件，或者完成对已选部件的验算；
第二步是施工设计，主要完成对已选部件的安装布置图纸设计工作。
由于该种皮带输送机既有上坡运输又有下坡运输，最困难得
工况就不一定时在满载时，因此要分不同工况进行分析。
第一种工况是满载运行状态，输送带各段都满载的运行状态。
大多数情况下，此状态为输送机系统最困难的工况，所以必须对正常运行工况进行设计计算，以确定各主要点输送带张力、电机功率、张紧力的结论；
第二种工况最大发电状态，如果设计中没有考虑到这种工况，就必然会出现驱动装置过载，或者在这种条件下停车制动不住，出现飞车造成严重的事故，本输送系统最大发电运行状态的工况是在只有下运段满载，而上运段处于空载状态的情况下出现；
第三种工况是最大电动状态，如果忽略此工况，有可能出现电机堵转，闷车而烧坏，而且这种工况也随起动和停车过程
的出现而不断出现。
对于本输送机系统的最大电动状态是在线路
下运段空载，而上运段满载的情况出现。
第四种工况是空载运行
状态，就是输送机上各点都没有载荷情况下输送机的运行状态，
对于本输送线路，空载运行状态比最大电动状态是安全，因此在
这就不进行详细设计计算。
比较这前三种工况下所需的牵引力和
电机功率，按照最困难的工况进行各部件的选取。
2.上运皮带式输送机设计
3.1设计题目原始参数
易顺煤矿主斜井上运原始参数：
（1）设计运输能力Q:
650t/h;
（2）输送距离L:
588m;
（3）输送倾角：
24.4?
;
（4）原煤松散密度丫:
0.7t/m3;
（5）煤最大块度amax：
230（mm）;
（6）煤动堆积角p:
30（°
）;
（7）供电电压：
6KV
（8）是否要求防爆：
否；
（9）备注：
变频器+盘闸。
4.2输送带选型计算
输送带是输送机的重要部件，要求它具有较高的强度和较好
的挠性，其价格比较昂贵，约占输送机总成本的25350%在
类型确定上需考虑以下几点：
煤矿井下必须使用阻燃输送带，并且尽量选用橡胶贴面，具
次为橡塑贴面和塑料贴面的阻燃输送带；
表2.1设计原始数据
长度
（m）
输送量
（t/h）
运行方
式
倾角
（0）
供电电
压（KV）
来料点
堆积角
取大块度
（mm）
588
650
上运
24.4
6
机尾
30°
230
在同等条件下，优先选择分层带，其次整体带芯带和钢绳芯
带；
优先选用尼龙、维尼龙帆布层带，因在同样抗拉强度下，上述材料
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